含鉻鎳電鍍廢水處理技術
昆山某機械公司，是專業配套生產自行車零配件的外資企業，在生產過程中，必需配套各種振動研磨、涂裝、皮膜、電鍍等金屬表面處理工序，從而產生大量含有重金屬離子及生產助劑的生產廢水。除此之外，在涂裝、脫脂及陽極等工藝中還會產生大量含有磷酸鹽和氨氮的綜合廢水。這些污水必須經過嚴格處理后才能排放，否則將對周圍的環境造成嚴重污染。
1設計概況
在企業生產過程中產生的廢水主要包括：含鉻廢水、含鎳廢水以及綜合廢水（脫脂、陽極、電泳及涂裝廢水）等。在這些廢水中，重金屬主要為Cr6+和Ni2+。各類廢水水質與水量如表1所示。
表1廢水水質及水量
根據廠方提供的設計資料，各股廢水均按照10m3/h的處理能力進行設計。處理后水質需達到《電鍍污染物排放標準》（GB21900—2008）要求，即：pH為6~9、COD≤50mg/L、SS≤30mg/L、Ni2+≤0.1mg/L、Cr6+≤0.1mg/L。其中氨氮和TP采用更為嚴格的《江蘇太湖地區城鎮污水處理廠及重點工業行業主要污染物排放限值》（DB32/1072—2007）（以下簡稱太湖標準）要求，即：氨氮≤5mg/L、TP≤0.5mg/L。
2處理工藝
該廠產生的3種生產廢水，水量水質差異較大，因此，整個工藝在設計上采用分類處理，分別回用或排放，具體工藝路線如下：
（1）含鉻廢水處理。在含鉻漂洗液中，金屬鉻主要是以Cr3+和Cr6+兩種形式存在。為了徹底去除重金屬鉻離子，工藝首先采用pH/ORP控制器使pH控制在2.5~3.0，氧化還原電位控制在300~350mV的酸性條件下，利用NaHSO3將Cr6+還原成Cr3+，然后通過投加NaOH和絮凝劑，控制pH在10~11，使Cr3+生成沉淀而將其除去。產生的污泥脫水后外運資源化處理。
（2）含鎳廢水處理。通過定量投加NaOH和混凝劑PAC，并調節pH為8.5~9.5，可使廢水中的Ni2+在堿性條件下生成氫氧化鎳的沉淀絮體。然后投加PAM后再通過沉淀池進行泥水分離。泥水分離后的上清液進入到后續的鎳鉻中和池繼續處理，沉淀污泥則采用壓濾機脫水后外運資源化處理。
由于部分出水要進行回用，因此，對已除去大部分鉻鎳的含鉻含鎳廢水合并后繼續進行深度處理，以滿足生產工藝對回用水質的要求。采用多介質過濾—活性炭吸附—精密過濾器—UF超濾—RO系統，處理后的水回用于制程及初級純水用水。為了進一步提高對廢水中重金屬鉻鎳離子的去除效果，降低后續UF超濾及RO系統的負荷，工程采用錳鹽對普通活性炭進行改性，形成負載活性二氧化錳的活性炭，同時在活性炭濾料中加入一定配比的鐵屑，在增強活性炭吸附能力的同時，具有一定的原電池結構，從而提高對廢水中有機物、色度以及重金屬鉻鎳離子的去除效果。
（3）綜合廢水處理。該廢水中存在大量的磷酸鹽與氨氮，在進行生物處理之前需要采用化學法除去部分的磷酸鹽。對于剩余的磷酸鹽和氨氮，則可通過缺氧-好氧工藝（A/O法）進行脫除。為了提高工藝脫氮效率，工程采用了新型A/O法，即：A池和O池內均添加組合填料，用以固定脫氮所需的反硝化菌與硝化菌。取消原工藝的內回流系統，改為由沉淀池出水回流到A池，回流量可以降低30%~50%。同時，污泥回流由原回流到A池改為回流到O池。
A/O法處理后的綜合廢水經沉淀后，再通過多介質過濾塔-活性炭吸附系統進行深度處理。為了進一步提高對廢水中有機物和色度的去除率，活性炭吸附塔采用與含鉻鎳廢水處理工藝中類似的改性活性炭-鐵屑處理方法。出水進入回用水池用于前制程用水或達標排放。具體處理工藝如圖1所示。
3主要構筑物及設計參數
3.1含鉻廢水處理
（1）鉻系均質池。用于調節含鉻廢水的水質與水量，使進入后續構筑物的水質均勻穩定。尺寸5250mm×4500mm×3000mm，1座，地下式鋼混結構，有效容積63m3。內壁采用纖維強化塑料進行防腐，池內采用鼓風曝氣進行攪拌。
（2）鉻系還原池。亞硫酸氫鈉還原速度較快，用藥量相對較小，產生的污泥量較少，考慮成本和后續處理費用，采用了亞硫酸氫鈉作為Cr6+的還原劑。尺寸1200mm×1200mm×3000mm，1座，地上式鋼混結構，有效容積3.8m3。內壁采用纖維強化塑料防腐。
（3）鉻系滯留池。鉻系滯留池用于延長Cr6+還原時間，使反應更加徹底。規格、數量及材質均同鉻系還原池。
（4）鉻系混凝池。采用加藥機定量投加NaOH和混凝劑PAC，使廢水中的Cr3+在堿性條件下生成氫氧化鉻的沉淀絮體。尺寸1200mm×1200mm×3400mm，1座，地上式鋼混結構，有效容積4.3m3。內壁采用纖維強化塑料防腐。
（5）鉻系絮凝池。向絮凝池內投加助凝劑PAM以促進氫氧化鉻沉淀絮體的繼續增大，形成大顆粒的氫氧化鉻絮體。尺寸1200mm×1200mm×3000mm，1座，地上式鋼混結構，有效容積3.8m3。內壁采用纖維強化塑料防腐。
（6）鉻系沉淀池。為氫氧化鉻絮體進行泥水分離提供靜置環境。尺寸8000mm×2650mm×6000mm，1座，半地上式鋼混結構，有效容積120m3。內壁采用纖維強化塑料防腐，池內設PP沉淀斜管。泥水分離后的上清液進入到后續的鎳鉻中和池繼續處理。沉淀污泥則采用壓濾機脫水后外運資源化。
3.2含鎳廢水處理
（1）鎳系均質池。對含鎳廢水進行水質水量調節。尺寸7000mm×4500mm×3000mm，1座，地下式鋼混結構，有效容積85m3。內壁采用纖維強化塑料防腐。
（2）鎳系混凝池。采用加藥機定量投加NaOH和混凝劑PAC。尺寸1775mm×1775mm×3000mm，1座，地上式鋼混結構，有效容積8.5m3。內壁采用纖維強化塑料防腐。
（3）鎳系絮凝池。絮凝劑PAM采用加藥機向絮凝池內定量投加，機械攪拌。尺寸1775mm×1775mm×3000mm，1座，地上式鋼混結構，有效容積8.5m3。內壁采用纖維強化塑料防腐。
（4）鎳系沉淀池。尺寸8000mm×3800mm×6000mm，1座，半地上式鋼混結構，有效容積173m3。內壁采用纖維強化塑料防腐，池內設PP沉淀斜管。沉淀污泥采用壓濾機脫水后外運資源化處理。泥水分離后的上清液進入后續的鎳鉻中和池繼續處理。
（5）鎳鉻中和池。中和池用以匯集鉻系、鎳系沉淀池出水。采用加藥機定量投加H2SO4調整pH至中性，內設機械攪拌。尺寸1800mm×1800mm×6000mm，1座，半地上式鋼混結構，有效容積18m3。內壁采用纖維強化塑料防腐。
（6）多介質過濾塔。過濾塔主要用于去除廢水中粒徑大于20μm的懸浮物以及膠體等浮游性雜質。尺寸D1500mm×2200mm，1套，地上直立式纖維強化塑料結構。反沖洗強度采用25m3/（m2·h），系統工作壓力控制在0.2~0.4MPa，濾速10~20m/h。過濾器濾料由上向下依次為：500mm厚、粒徑1~2mm的無煙煤；500mm厚、粒徑2~4mm的無煙煤；400mm厚、粒徑4~8mm的石英砂；200mm厚的礫石墊層。
（7）活性炭吸附塔。活性炭吸附塔不僅具有過濾懸浮物的功能，還能去除常規手段難以去除的某些有機或無機污染物，尤其是一些具有臭味或顏色的有機物，以及重金屬等物質。尺寸D1500mm×2200mm，1套，地上直立式纖維強化塑料結構，濾速10~20m/h。活性炭粒徑2~4mm，填充高度1.8m。
（8）精密過濾器。用以截留廢水中殘存的懸浮物，降低后續工序的處理負荷。尺寸D450mm×800mm，1套，地上式不銹鋼材質，過濾精度為100μm。
（9）UF超濾系統。超濾系統可進一步去除廢水中的乳化油、膠體等懸浮物，超濾后的濃縮液排至綜合廢水pH調整池。超濾膜采用外壓式PP材質的0.1~0.2μm中空纖維膜元件。運行方式為錯流過濾、氣水反沖洗方式，全自動運行。12根膜組件，膜面積45m2/根。若進水水質較差，跨膜壓差超過0.15MPa時，需要進行反沖洗，反沖洗水采用加酸堿及NaClO的混合液，反洗后的出水進入鎳系均質池重新處理。
（10）RO反滲透系統。反滲透作為一種高效膜分離技術，能通過對進料中的水和某些離子進行分離，實現對原料的濃縮和純化。反滲透的出水作為鍍件漂洗水或其他工藝水使用。未透過膜的含金屬等無機離子的廢水，排至綜合廢水pH調整池。反滲透裝置采用聚酰胺復合材料的膜元件50根，膜面積30m2/根，按照一級兩段3∶2設計，設計通量15L/（m2·h），設計產水量20m3/h，設計回收率不小于70%。
3.3綜合廢水處理
（1）綜合均質池。尺寸12500mm×5500mm×3000mm，1座，地下式鋼混結構，有效容積185m3。內壁采用纖維強化塑料防腐。
（2）pH調整池。池內定量投加NaOH，控制pH為9.5~11，機械攪拌。尺寸2300mm×2300mm×3000mm，1座，地上式鋼混結構，有效容積14.5m3。內壁采用纖維強化塑料防腐。
（3）混凝池。為了去除綜合廢水中含有的大量磷酸鹽，池內采用加藥機定量加入除磷粉。尺寸2300mm×2300mm×3000mm，1座，地上式鋼混結構，有效容積14.5m3。內壁采用纖維強化塑料防腐。
（4）絮凝池。池內投加PAM以促進磷酸鹽絮體的增大，機械攪拌。尺寸2300mm×2300mm×3000mm，1座，地上式鋼混結構，有效容積14.5m3。內壁采用纖維強化塑料防腐。
（5）綜合初沉池。含磷酸鹽絮體的綜合廢水在這里進行泥水分離，下沉污泥采用泵抽吸后排至綜合污泥濃縮池。出水進入綜合pH池進行pH調整。尺寸12500mm×3100mm×6000mm，1座，半地上式鋼混結構，有效容積220m3。內壁采用纖維強化塑料防腐。
（6）綜合pH池。定量投加H2SO4調整pH至中性后，出水進入兼氧池。尺寸2300mm×2300mm×3000mm，1座，地上式鋼混結構，有效容積14.5m3。內壁采用纖維強化塑料防腐。
（7）缺氧池（A池）。經綜合pH池處理后的廢水在這里進行反硝化脫氮，同時降解部分有機物。尺寸4200mm×2300mm×6000mm，1座，半地上式鋼混結構，有效容積55m3。填料體積約40m3。池內溶解氧DO控制在0.5mg/L以下，污泥濃度MLSS控制在3000~5000mg/L。
（8）接觸氧化池（O池）。在對綜合廢水中有機物進行脫除的同時，利用培養的硝化菌對廢水中氨氮進行硝化，使氨態氮轉化為硝態氮。尺寸4200mm×2300mm×6000mm，2座，半地上式鋼混結構，有效容積110m3，填料體積約80m3。池體底部采用曝氣盤進行鼓風曝氣。池內DO控制在2~4mg/L，MLSS控制在3000~5000mg/L。
（9）終沉池。為O池出水進行泥水分離提供靜置環境，出水中的一部分作為A池反硝化的氮源，其余大部分進入后續工藝。下沉污泥部分回流至O池，其余部分采用泵抽吸后排至污泥濃縮池。尺寸8000mm×3800mm×6000mm，1座，半地上式鋼混結構，有效容積167m3。
（10）多介質過濾塔。尺寸D1800mm×2200mm，2套，地上直立式纖維強化塑料結構。反沖洗強度采用25m3/（m2·h），系統工作壓力控制在0.2~0.4MPa，濾速10~20m/h。濾料結構與含鎳廢水過濾塔中的濾料結構相同。
（11）活性炭過濾器。尺寸D1800mm×2200mm，2套，地上直立式纖維強化塑料結構，濾速10~20m/h。活性炭構造同含鎳廢水中活性炭吸附塔。
（12）排放回用水池。暫存處理水，部分回用于制程用水，剩余達標排放。尺寸4200mm×3550mm×6000mm，1座，半地上式鋼混結構，有效容積85m3。
3.4污泥處理
（1）含鉻含鎳廢水污泥處理。含鉻與含鎳廢水處理過程中產生的污泥分別儲存在不同的濃縮池中，濃縮后的污泥采用半自動廂式壓濾機進行脫水。污泥濃縮池單體尺寸1800mm×1500mm×6000mm，2座，半地上式鋼混結構，單體有效容積15m3。內壁采用纖維強化塑料防腐。壓濾機2臺，PP板框，功率1.5kW，型號XMYJ16/630-UB，杭州金潤永昌過濾機有限公司。
（2）綜合廢水污泥處理。污泥濃縮池尺寸4600mm×3600mm×6000mm，1座，半地上式鋼混結構，有效容積95m3。內壁采用纖維強化塑料防腐。半自動廂式壓濾機2臺，PP板框，功率1.5kW，型號XMYJ30/800-UB，杭州金潤永昌過濾機有限公司。
4系統調試及處理效果
4.1調試運行
（1）含鉻廢水處理調試。在調試過程中，含鉻廢水的處理分為兩步：第一步：當含鉻廢水進入還原池后，通過定量投加H2SO4，并借助pH儀控制pH為2.5~3.0，然后投加還原劑NaHSO3，同時控制氧化還原電位ORP為300~350mV，此時，廢水中的Cr6+會在酸性條件下被還原為Cr3+。第二步：含Cr3+的廢水進入混凝池后，通過投加NaOH、絮凝劑PAC與助凝劑PAM，控制pH在10~11，使Cr3+生成沉淀而將其除去。除鉻后的廢水進入鎳鉻中和池作進一步處理。
（2）含鎳廢水處理調試。含鎳廢水首先進入混凝池后，通過加藥機定量投加NaOH和混凝劑PAC，調節pH為8.5~9.5后，可生成氫氧化鎳的沉淀絮體。然后在絮凝池內定量投加絮凝劑PAM后，細小的氫氧化鎳絮體會逐漸聚集變大，最后在沉淀池內通過重力作用將氫氧化鎳沉淀絮體除去。除鎳后的廢水與除鉻后的廢水共同進入鉻鎳中和池進行pH的調整。調試過程中采用加藥機投加H2SO4調整pH至中性。
廢水隨后進入后續的多介質過濾塔以除去懸浮物以及膠體等浮游性雜質。在調試過程中，根據過濾塔的出水水質調整反沖洗時間與頻率。過濾后的廢水在活性炭吸附塔中會進一步進行重金屬鉻鎳離子的吸附去除。由于對傳統的活性炭進行了改性，活性炭對廢水中鉻鎳離子的吸附能力大大增加，可達普通活性炭吸附能力的5~10倍。另外，活性炭中還添加了一定量的鐵屑，在吸附塔中會形成一定量的原電池，而原電池的形成，對廢水中的發色基團及部分有機物具有很好的去除作用。調試過程中的數據也說明，經過活性炭吸附后的廢水，其出水水質大大提高。廢水中的重金屬離子及有機物含量已經達到排放標準。
為了滿足企業對回用水水質的要求，活性炭處理后的廢水還要繼續采用UF超濾系統和RO系統進一步處理。
（3）綜合廢水處理調試。綜合廢水的處理分為兩步，第一步是通過在混凝池內定量投加除磷粉和助凝劑PAM，并控制pH為9.5~11，可除去廢水中大部分的磷酸鹽。每噸廢水投加除磷粉3~5kg，PAM每噸廢水投加0.09~0.12kg。除磷粉的具體投加量根據出水中TP含量的變化由人工設定后，采用自動加藥機定量投加。除去大部分磷酸鹽的綜合廢水經過pH調整后進入到后續的生化段。在生化系統調試之前，采用生活污水處理廠的濃縮池中的污泥進行接種。其中A池接種量為20kg/m3，O池接種量為5kg/m3。在馴化初期，主要以化學法處理后的原水為處理對象并添加部分營養元素進行馴化。并每隔一天進行排水和補充新鮮水。A池和O池最初每天的處理水量不超過50m3/d，一個月后，水量逐漸增加。當生化系統對COD去除率達到60%時，開始進行連續進出水。生化系統出水指標每周測定1~2次，主要測定指標為COD、pH、氨氮與TP。對于A池特別要注意出水DO的控制，要保證A池處于比較理想的缺氧狀態。另外，從終沉池回流的硝化液中DO不超過0.5mg/L，否則要調整O池曝氣量。在調試生化系統的后期，要減少物化系統出水指標波動以免對生化系統造成嚴重影響。
生化系統的出水最后再通過過濾與活性炭吸附后，部分出水排入回用水池用于生產，部分達標排放。其中多介質過濾器運行一段時間后，由于濾料頂部截留的污染物增多，濾池的濾速或產水量會顯著下降，此時根據進出水壓力差，由人工開啟反沖洗系統對濾池進行反洗。
4.2運行效果
工程經過一定時間的調試后，目前整體運行情況良好，處理效果可靠。現場監測結果表明：經過工藝處理后，出水COD≤50mg/L，SS≤30mg/L，系統整體出水達到了《電鍍污染物排放標準》（GB21900—2008）要求，其中pH為6~9、Cr6+≤0.1mg/L，Ni2+≤0.1mg/L，出水氨氮2.1~3.8mg/L、TP0.3~0.5mg/L達到了DB32/1072—2007的要求。
5投資與運行費用
工程總投資約300萬元，運行費用主要包括：動力費、耗材費、藥劑費、污泥處置費、人工費等，運行成本約6.5元/m3。系統建成后，每年可節約排污費及自來水費用約4.8萬元，產生的實際效益約0.83元/m3，實際運行費用約5.67元/m3。
6結論
（1）電鍍廢水成分及來源復雜最佳處理方式應為分別收集后，對含鉻、含鎳廢水預處理后再集中處理。對于含陽極及涂裝廢水的綜合廢水處理，由于其成分中重金屬離子含量低，不宜與含鉻含鎳廢水混合處理
（2）廢水中含有大量重金屬離子，導致運行費用較大，如能從生產工藝上改進，減少重金屬離子的泄漏量，則既能降低運行成本，也可減少對環境的污染。
（3）對含氨氮的綜合廢水而言，如要實現廢水中的氨氮及TP達標排放，最經濟的處理方式則是采用具有脫氮效率較好的A/O生物脫氮工藝。工程的運行結果顯示：采用改進后的A/O工藝，氨氮去除率達80%以上，可完全實現氨氮的達標排放。
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